浸没式厌氧膜生物反应器处理低浓度污水产甲烷特性

第19卷第9期2019年3月1671—1815(2019)009-0281-06科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVol.19No.9Mar．20192019Sci.Tech.Engrg.引用格式:刘建伟，陈雪威，栾昕荣，等．浸没式厌氧膜生物反应器处理低浓度污水产甲烷特性［J］．科学技术与工程，2019，19(9):281-286LiuJianwei，ChenXuewei，LuanXinrong，etal．MethanogeniccharacteristicsoflowconcentrationdomesticsewagetreatmentbasedonSAn-MBＲ［J］．ScienceTechnologyandEngineering，2019，19(9):281-286浸没式厌氧膜生物反应器处理低浓度污水产甲烷特性刘建伟1，2陈雪威1，2栾昕荣2，3田洪钰1，2高柳堂1，2徐嵩1，2(北京建筑大学北京市可持续城市排水系统构建与风险控制工程技术研究中心1，环境与能源工程学院2，北京100044;中铁十六局集团地铁工程有限公司3，北京100124)摘要研究浸没式厌氧膜生物反应器(submergedanaerobicmembranebioreactor，SAnMBＲ)处理低浓度生活污水的产甲烷特性，考察运行期间甲烷产率变化以及有机负荷(OLＲ)与甲烷产生量的关系。结果表明，SAnMBＲ在中温［(35±1)℃］、pH为6.8～7.2，HＲT为6～15h条件下，甲烷产率最大为0.067L·g－1COD。在进水OLＲ为0.29～2.85kgCOD/m3·d－1条件下，甲烷日产生量和累积甲烷产生量与OLＲ呈线性相关，拟合方程分别为甲烷日产生量=0.3OLＲ+0.23(Ｒ2=0.89)和累积甲烷产生量=29.8OLＲ－5.45(Ｒ2=0.81)。对反应器甲烷产生量通过支持向量机进行模拟预测表明，反应器甲烷产生量可长期保持稳定，反应器耐冲击负荷能力较强。关键词浸没式厌氧膜生物反应器支持向量机低浓度生活污水甲烷中图法分类号X703.1;文献标志码B2018年11月7日收到“十三五”水体污染控制与治理科技重大专项课题(2017ZX07102004-005)资助第一作者简介:刘建伟(1979—)，男，博士，副教授。E-mail:liujian-wei@bucea．edu．cn。厌氧膜生物反应器(submergedanaerobicmem-branebioreactor，AnMBＲ)是一种将厌氧生物技术与膜技术相结合，利用水力停留时间(HＲT)与污泥停留时间(SＲT)的分离来处理污水的技术［1］。同其他厌氧生物处理工艺，AnMBＲ处理污水过程中，污水中的有机污染物可被厌氧微生物降解、转化为甲烷，可抵消污水处理的能源需求［2］。利用微滤/超滤膜的截留作用使悬浮固体、胶体和部分可溶物质有效保留在反应器内，即使在低温(＜20℃)、高盐、短HＲT(2～8h)条件下，AnMBＲ对低浓度生活污水，也可能具有较好的处理效果［3］。同时，AnMBＲ在减少污泥产生量和节省占地面积等方面也凸显优势，虽然膜污染和高昂的膜成本是限制其广泛应用的主要因素［4，5］。国内外研究者们已开始对AnMBＲ处理低浓度生活污水的可行性和潜力进行研究。VanZyl等［6］研究证明经优化后的AnMBＲ可将污水中98%的COD转化为甲烷，相当于系统运行所需能量的7倍。Lin等［7］利用中试规模的AnMBＲ处理低浓度城市污水，甲烷产率高达0.26L·g－1COD。Hu等［8］通过研究表明AnMBＲ在处理低浓度污水时具有技术可行性，但其处理效率受较低OLＲ和较低生长速率产甲烷菌的限制。然而，目前国内外对AnMBＲ处理低浓度生物污水的研究主要集中在如何使反应器内生长和维持高密度功能厌氧微生物，以实现污水COD的高效去除和甲烷的高效产生，但对其运行过程和影响因素的研究较少，相关机理尚不明确［9］。现通过构建实验室规模的新型SAnMBＲ反应器，研究其处理低浓度污水时的运行过程和产甲烷特性，考察产甲烷的影响因素，并采用支持向量机模型进行预测，研究结果可为SAnMBＲ在低浓度生活污水处理中的应用提供理论支撑。1材料与方法1.1实验装置采用的一体化SAnMBＲ反应装置如图1所示。一体化SAnMBＲ反应装置，由主体系统、监测系统和气体收集系统构成。其中主体系统包括反应器主体、中空纤维膜(hollowfibermembrane-PVDF)、蠕动泵、均质搅拌装置和保温装置，其中，中空纤维膜丝共284根，内径为0.6mm、外径为1.1mm、膜丝总有效面积为0.41m2;监测系统包括真空压力表、液位控制器、温度传感器和PLC控制装置;气体收集系统包括甲烷吸收装置和湿式气体流